Principes van röntgendiffractie:

Röntgendiffractie (XRD) is een krachtige techniek die wordt gebruikt om de atoom- en moleculaire structuur van kristallijne materialen te bepalen. Het vertrouwt op de interactie van röntgenstralen met de elektronenwolk van atomen in een kristalrooster. Hier zijn de fundamentele principes:

1. Wave-achtige aard van röntgenfoto's:

* Röntgenfoto's zijn elektromagnetische straling met golflengten in het bereik van 0,1 tot 10 nanometer.

* Ze vertonen golfachtige eigenschappen en kunnen diffractie ondergaan bij interactie met regelmatig verdeelde objecten, zoals atomen in een kristalrooster.

2. Diffractiepatroon:

* Wanneer röntgenfoto's door een kristallijn materiaal gaan, worden ze verspreid door de elektronen die elk atoom rondom.

* De verspreide golven interfereren met elkaar, waardoor een diffractiepatroon op een detector ontstaat.

* Dit patroon bestaat uit heldere plekken (pieken) en donkere gebieden (dalen), die specifiek zijn voor de kristalstructuur en oriëntatie.

3. De wet van Bragg:

* De wet van Bragg verklaart de relatie tussen de invalshoek (θ), de golflengte van röntgenfoto's (λ) en de afstand tussen atomaire vlakken (d) in het kristalrooster:

nλ =2d sinθ

* Waar 'n' een geheel getal is dat de volgorde van diffractie vertegenwoordigt.

* Deze wet voorspelt de hoeken waarop constructieve interferentie optreedt, wat resulteert in de waargenomen pieken in het diffractiepatroon.

4. Wederzijdse rooster:

* Het diffractiepatroon is gerelateerd aan het wederzijdse rooster van het kristal, dat een wiskundige weergave is van de kristalstructuur in wederzijdse ruimte.

* De posities van de pieken in het diffractiepatroon komen overeen met punten in het wederzijdse rooster.

5. Diffractiegegevens analyseren:

* Door het diffractiepatroon te analyseren, kunnen wetenschappers bepalen:

* De dimensies van de eenheidscel (a, b, c, α, β, γ)

* De opstelling van atomen in de eenheidscel (ruimtegroep)

* De posities van atomen in de eenheidscel (atomaire coördinaten)

* De aanwezigheid van defecten of onzuiverheden in de kristalstructuur

Belangrijkste toepassingen van röntgendiffractie:

* Materiaalkarakterisering: Het bepalen van kristalstructuur, fase -identificatie en polymorfisme.

* kristallografie: Het oplossen van de atomaire structuren van moleculen en eiwitten.

* Stressanalyse: Het bepalen van de resterende spanningsniveaus in materialen.

* Poederdiffractie: Het identificeren en kwantificeren van kristallijne fasen in complexe mengsels.

* Dunne filmanalyse: Het bepalen van de structuur en dikte van dunne films.

Samenvattend is röntgendiffractie een krachtig hulpmiddel voor het begrijpen van de atomaire en moleculaire structuur van kristallijne materialen. Door gebruik te maken van de golfachtige aard van röntgenfoto's en het toepassen van de wet van Bragg, kunnen we het diffractiepatroon analyseren om waardevolle informatie te krijgen over de regeling en eigenschappen van materialen.